Способность воды растворять газы есть важнейшее условие жизни для гидробионтов. При кипячении и в водопроводных трубах она лишается заключенных в ней газов, но приобретает их снова, постояв некоторое время на воздухе. Газы способны растворяться в воде в разной степени. Из тех газов, которые наиболее широко распространены в атмосфере, быстрее всего растворяется углекислый газ (СО2), затем кислород (02) и медленнее всего - азот (N2). Однако по массе кислорода в воде примерно в 20 раз меньше, чем в одинаковом объеме воздуха. Большинство аквариумных рыб весьма требовательны к содержанию растворенного в воде кислорода, количество которого является одним из главных показателей химического состава воды. Обратите внимание, что дистиллированная вода, как и вода, полученная в результате обратного осмоса,- это практически чистая Н2О. В такой воде отсутствует растворенный кислород, которым рыбы дышат, а также минимальный уровень содержания минеральных веществ, необходимый для определенных физиологических процессов. Поэтому воду такого типа перед использованием необходимо интенсивно аэрировать.
Рыбы, как и люди, дышат кислородом, извлекаемым ими из воды, и выдыхают углекислый газ. Растворенный в воде кислород имеет огромное значение, как для дыхания рыб, так и для всех водных животных и растений. Большинство аквариумных рыб и водные растения дышат растворенным в воде кислородом. Только небольшая часть рыб способна частично использовать для дыхания атмосферный кислород. Это лабиринтовые рыбы (гурами, лялиус), которые заглатывают атмосферный воздух в специальный наджаберный орган - лабиринт, который способен усваивать кислород из атмосферного воздуха. Если этих рыб лишить возможности заглатывать атмосферный воздух (плотно закрыть доверху заполненный водой сосуд), то они погибнут. Интереснейший способ дыхания у некоторых панцирных сомов. Оказывается, они проглатывают пузырек атмосферного воздуха, пропускают его в кишечник, и там происходит газообмен между организмом и внешней средой. Потребленный рыбами и растениями кислород необходим для окисления органических соединений в клетках и обеспечения их энергией. Если процесс газообмена между организмом и внешней средой нарушен, то животное довольно быстро умирает. Количество кислорода, потребляемого рыбами, не стабильно. У отдельных рыб потребность в кислороде обычно повышается, когда они плохо себя чувствуют, испытывают стресс, более активны, чем обычно (например, во время нереста или когда их преследуют), или если их держат при более высокой температуре, чем предназначено природой. Аналогичным образом рыбам требуется меньше кислорода, когда они неактивны (например, рыбы, ведущие дневной образ жизни - в ночное время) или если температура воды ниже необходимой. Таким образом, обеспечение рыб в аквариуме необходимым для дыхания кислородом является обязательным условием. Недостаток и избыток кислорода одинаково губительны для рыб и беспозвоночных.
Вода может поглощать кислород из воздуха только там, где две эти стихии граничат, а именно на поверхности воды. Аналогично углекислый газ выделяется в атмосферу тоже только на поверхности воды. Чем больше площадь водной поверхности, тем больше кислорода она может поглощать и больше углекислого газа выделять. Скорость насыщения кислородом повышается с понижением температуры, с повышением давления и понижением минерализации. Этот факт имеет очень важное значение для содержания рыб, поскольку от количества кислорода зависит количество рыб, которое может выдержать данный аквариум, а также для выбора оптимальной формы аквариума. Циркуляция воды также очень полезна, так как она выносит на поверхность воду, богатую углекислым газом, а воду, только что насытившуюся кислородом, несет в придонный слой. Основным поставщиком кислорода в аквариуме являются растения, которые в результате фотосинтеза на свету выделяют кислород. Аквариумные растения должны хорошо освещаться, чтобы происходил фотосинтез и выделялся кислород. Летом продолжительность светового дня позволяет растениям в достаточном количестве продуцировать кислород. Зимой интенсивность естественного освещения аквариума, невелика. Количество кислорода, выделяемого растениями, становится недостаточным для дыхания рыб. Поэтому в аквариумной практике широко применяют различного рода осветители и аэрацию воды, т. е. обогащение ее кислородом путем продувания атмосферного воздуха. Кроме того, кислород поступает в воду из атмосферы. В большей степени этим газом насыщен верхний слой воды в аквариуме. Поэтому для равномерного распределения кислорода необходимо поддерживать постоянное вертикальное вращение воды с помощью аэратора или фильтра. Содержание кислорода в воде падает при повышении ее температуры и солености. Следовательно, при подогреве воды для нереста рыб до 26-28°С и при лечении рыб солевыми ваннами потеря кислорода обязательно должна компенсироваться аэрацией. Снижение концентрации кислорода сказывается на развитии рыб: аппетит у них обычно не снижается, но меняется биологическое направление усвоенной пищи, меньше усваивается питательных веществ, в результате замедляется рост. Для насыщения воды кислородом существует 2 способа: механический с помощью компрессора и биологический - выделение кислорода водными растениями.
Концентрация кислорода в аквариумной воде.
Первый лимитирующий фактор – это не присутствие аммиака или нитритов и не pH, а кислород. Рыбам нужен кислород, чтобы дышать. Чем больше рыб, тем больше нужно кислорода. Но рыбы не единственные потребители кислорода в аквариуме. Бактерии также потребляют весьма значительную его часть. По мере увеличения количества рыб, увеличивается и количество аммиака, доступного для окисления, и количество отходов, подлежащих минерализации. А это способствует увеличению количества бактерий, необходимых для выполнения этих задач. А большее количество бактерий и увеличение бактериальной активности требуют еще большего количества кислорода. К счастью, кислород относительно легко обеспечить в аквариумах. Самые эффективные методы обеспечения кислородом создают существенное перемешивание у поверхности воды – т.е. именно там, где происходит газообмен.
Углекислый газ - второй лимитирующий фактор. Рыбы при дыхании выделяют углекислый газ. И поскольку определенные его концентрации токсичны для рыб (а также он понижает pH), количество углекислого газа нужно контролировать. Часто аквариумистов удивляет, что рыба может умереть от отравления углекислым газом («задохнуться») даже в воде, которая насыщена кислородом. Некоторые аквариумисты полагаются на растения в связи с потреблением углекислого газа и производством кислорода, но в плотно населенном рыбами аквариуме, это не будет работать достаточно эффективно. Ночью, когда растения не фотосинтезируют, они начинают потреблять кислород. Это создает еще большую потребность в кислороде.
Концентрация кислорода в аквариумной воде зависит от того, насколько сбалансирован аквариум. При плохом санитарном состоянии аквариума и чрезмерном кормлении рыб в нем накапливается большое количество органических веществ. На количество растворенного в воде кислорода влияет содержание в ней органических веществ - экскрементов рыб, несъеденного корма, продуктов жизнедеятельности моллюсков и других организмов, а также количество растений, освещенность аквариума и другие факторы. При этом много кислорода расходуется на окислительные процессы, постоянно происходящие в воде аквариума. В результате в аквариуме нарушается биологическое равновесие, необходимое для нормальной жизнедеятельности всех водных организмов. Необходимо, чтобы имелась хорошая система фильтрации. Большое значение имеет плотность посадки, т.е. количество рыб, содержащихся в аквариуме. Не следует забывать, что кислород активно расходуют при дыхании все обитатели аквариума: рыбы, моллюски, кишечнополостные, ракообразные, инфузории, бактерии, растения (в ночное время) и т.д. Большая популяция улиток может оказать значительное влияние на содержание кислорода в аквариуме. Температура воды также влияет на содержание растворенного в ней кислорода: чем выше температура, тем меньше насыщение воды кислородом. Комфортный кислородный режим в аквариуме обеспечивается концентрацией кислорода (О2) 8-10 мг/л.
Растворенный в воде кислород расходуется не только на дыхание рыб, но и на окисление органических и некоторых неорганических веществ, имеющихся в воде аквариума. Поэтому, чем больше этих веществ растворено, тем больше требуется кислорода для их окисления и тем тяжелее дышится рыбам. Окисляемость воды - это количественный показатель взвешенных и растворенных в воде органических веществ. Чем выше окисляемость, тем больше органических веществ находится в ней, которые способны связывать кислород. В результате вода постепенно окисляется, показатель рН снижается. Особенно активно идет этот процесс ночью. Но вот приходит день, а вместе с ним наступает световая фаза фотосинтеза растений, активность потребления углекислоты ими заметно возрастает. Образуются углеводы и свободный кислород. Поглощение СО2 растениями при хорошем освещении может идти столь активно, что поступление углекислоты, выдыхаемой теми же растениями и другими обитателями аквариума, не компенсирует потери, что вызывает повышение рН. Повышение содержания кислорода автоматически снизит содержание углекислого газа CO2. Если кислорода расходуется более 15 мг на 1 л аквариумной воды, то рыбам будет очень трудно выжить в таких условиях. Хорошие условия для жизни рыб будут иметь место, если на окисление растворенных в воде веществ расходуется 4-8 мг кислорода. Приблизительно окисляемость можно определить: в пробирку наливают 10 мл аквариумной воды и прибавляют 0,5 мл серной кислоты разведенной дисцилированной водой 1:3 и 1 мл 0,01% раствора марганцовки. Смесь хорошо перемешивают и оставляют на 20 минут при температуре +20. После этого окраску раствора в пробирке сравнивают с таблицей. Оптимальная окисляемость 8-12 мг/л.
Факторы, влияющие на снижение кислорода в воде.
Однако напомним здесь же, что сильное насыщение воды кислородом ведет к повышению pH, что нежелательно как с точки зрения требования согласованности параметров аквариумной и подменной воды, так и увеличения процентного содержания неионизированного аммиака в воде с высоким показателем pH. Чем ниже уровень pH, тем больше в воде содержится кислорода, и, соответственно, чем выше pН (кислая среда), тем меньше кислорода. Во-вторых, по мере повышения щелочности среды у рыб ухудшается усваивание кислорода. В щелочной среде рыба может задохнуться при вполне, вроде бы, достаточном его содержании в воде. Ну и, конечно, сама по себе (особенно при резком повышении рН) щелочная вода вызывает ожоги и повреждения внешних органов рыб. Чем больше сине-зеленых водорослей, тем щелочней среда. Мягкая вода с небольшим содержанием гидрокарбоната имеет нестабильное значение рН. Причем в реальной практике подщелачивание воды наблюдается крайне редко, а вот снижение рН ниже допустимого уровня получить очень легко. Чтобы снизить резкие колебания, рекомендуется обязательная ночная аэрация воды воздухом, который будет увлекать с собой углекислый газ.
Чрезмерное количество газов в воде также может привести к смерти рыбок в результате газовой эмболии. Эта болезнь наблюдается тогда, когда вода перенасыщена газами, в результате чего прямо в воде образуются пузырьки. Образование пузырьков газа на поверхности и внутри тела рыб очень опасно, а пузырьки газа в крови приводят к закупорке сосудов, т.е. к эмболии. Рыбы умирают мучительной смертью. Чаще всего эта болезнь наблюдается, когда в аквариум добавляют не отстоявшуюся воду из-под крана. В ней растворено избыточное количество газов, которые немедленно начинают образовывать пузырьки на стеклах, растениях, рыбах. Известны случаи проявления этой болезни при цветении воды, а также при усиленной аэрации аквариумов с большим количеством растений в период высокой интенсивности фотосинтеза. При пресыщении воды кислородом у мальков вначале учащается дыхание, затем следует отрыгивание пищи, выпрыгивание из воды, замедление дыхания, кислородный наркоз, судороги, остановка дыхания и смерть. Однако уберечься от газовой эмболии довольно легко: необходимо добавлять в аквариум только хорошо отстоявшуюся воду и не производить избыточной аэрации воды.
При слишком высокой температуре воды (28-32°С) у рыб усиливается обмен веществ, что приводит к преждевременному старению. В воде усиливаются все химикобиологические процессы, а это зачастую приводит к печальным последствиям: нарушается газообмен, в среде быстро накапливается углекислый газ, выделяемый рыбами в процессе дыхания, и они погибают от удушья. Предпосылками замора являются слишком высокая плотность рыб, цветение воды, повышение температуры воды в аквариуме (летом в жаркие дни), а также применение некоторых лекарств. Также к нехватке кислорода может привести чрезмерное количество растений. В воде резко падает содержание кислорода, который расходуется на окисление органики, возрастает концентрация ядовитых продуктов распада белков, вода заметно мутнеет, у нее появляется гнилостный запах. Со временем в "старом" аквариуме происходит накопление различных токсичных продуктов жизнедеятельности его обитателей. Наиболее опасные из них - аммиак и нитриты. Аммиак вызывает повреждение эпителия жабр. Если этот процесс зашел далеко, помочь уже ничем нельзя - рыбы погибнут. Нитриты вступают в реакцию с гемоглобином крови и препятствуют переносу кислорода. Внешние симптомы в обоих случаях напоминают как при недостатке кислорода, но наблюдаются они и при хорошей аэрации воды. Аэрация - обогащение глубинных слоев воды кислородом - происходит в результате перемешивания водных масс, в том числе циркуляции. Активная аэрация воды в аквариуме посредством непрерывно работающих распылителей воздуха или эжекторов фильтров должна обеспечивать максимальное насыщение воды кислородом.
При использовании фильтра в аквариуме нужно обеспечить его непрерывное электроснабжение, т.к. бактерии Nitrobacter потребляют кислород. При остановке насоса (отключение электроэнергии, поломка механизма, ваша забывчивость) в резервуар фильтра прекращает поступать вода, а вместе с ней и кислород. При отключении фильтра бактерии в бескислородной среде быстро погибают. В результате накопившиеся здесь отходы начинают загнивать, интенсивно выделяя аммиак и сероводород. На остатках органики быстро размножаются анаэробные бактерии, которым не нужен кислород, но продукты их жизнедеятельности, скопившиеся в фильтре, поступят в аквариум после его включения, что может оказаться губительным. Если случилось такое, что фильтр долго не работал, ни в коем случае не включайте его просто так, его придется промыть, после чего он будет снова обрастать бактериями и первое время работать неэффективно.